TW202005933A - 經設計以與用於微型隔離器及循環器之高鉍石榴石鐵氧體共燒之低燒製溫度介電材料 - Google Patents

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大衛 馬丁 菲羅
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Abstract

本文中揭示低溫可共燒介電材料之實施例，其等可與高介電材料結合使用以形成複合結構，特定言之用於射頻組件之隔離器及循環器。該等低溫可共燒介電材料之實施例可為白鎢或石榴石結構，例如釩酸鉍。形成該等隔離器及循環器無需黏合劑及/或膠。

Description

經設計以與用於微型隔離器及循環器之高鉍石榴石鐵氧體共燒之低燒製溫度介電材料
本發明之實施例係關於可與鐵磁陶瓷元件共燒以在不使用黏合劑的情況下形成循環器或隔離器之介電材料。
循環器及隔離器係在高頻(例如，微波)射頻系統中使用以容許一信號在一個方向上通過同時提供對相反方向上之反射能量之高度隔離之被動電子裝置。循環器及隔離器共同包含一圓盤狀總成，其包括同心地安置於一環形介電元件內之一圓盤狀鐵氧體或其他鐵磁陶瓷元件。
本文中揭示一種用作一射頻組件之複合材料之實施例，其包括：一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，其中該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在不使用黏合劑或膠的情況下在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料可塑形為一環。在一些實施例中，該高介電內材料可塑形為一圓盤。
本文中亦揭示一種形成用作一射頻裝置中之一隔離器或循環器之一複合材料之方法之實施例，該方法包括：提供一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；使一高介電內材料進入該低溫可燒製外材料中之一孔徑內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數；及使該低溫可燒製外材料及該高介電內材料在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒以在不使用黏合劑或膠的情況下使該低溫可燒製外材料圍繞該高介電內材料之一外表面收縮。
在一些實施例中，該方法可進一步包含在共燒之後切割該低溫可燒製外材料及該高介電內材料。
本文中進一步揭示一種射頻隔離器或循環器之實施例，其包括：一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，其中該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在不使用黏合劑或膠的情況下在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒。
根據本文中揭示之一態樣，提供一種用作一射頻組件之複合材料。該複合材料包括：一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒以在不使用黏合劑或膠的情況下形成一整合磁性/介電總成。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 。
在一些實施例中，該高介電內材料塑形為一圓盤且該低溫可燒製外材料塑形為一環。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 與Al2 O3 之一組合。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料具有20與80之間的一介電常數。
在一些實施例中，該Al2 O3 以多至約6重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料進一步包含釩酸釔、釩酸釓或氧化鈦之一或多者。
在一些實施例中，該氧化鈦以多至10重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，釩酸釔、釩酸釓之一者或兩者與該低溫可燒製外材料中之該BiVO4 形成一固溶體。
在一些實施例中，該二氧化鈦作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該釩酸釓以多至50重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及BiVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 及Bi2 Ti4 O11 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 、Bi2 Ti4 O11 及TiO2 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及GdVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
根據另一態樣，提供一種形成用作一射頻裝置中之一隔離器或循環器之一複合材料之方法。該方法包括：提供一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；使一高介電內材料進入該低溫可燒製外材料中之一孔徑內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數；及使該低溫可燒製外材料及該高介電內材料在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒以使該低溫可燒製外材料圍繞該高介電內材料之一外表面收縮以在不使用黏合劑或膠的情況下形成一整合磁性/介電總成。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 與Al2 O3 之一組合。
在一些實施例中，該Al2 O3 以多至約6重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料進一步包含釩酸釔、釩酸釓或氧化鈦之一或多者。
在一些實施例中，該氧化鈦以多至10重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，釩酸釔、釩酸釓之一者或兩者與該低溫可燒製外材料中之該BiVO4 形成一固溶體。
在一些實施例中，該二氧化鈦作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該釩酸釓以多至50重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及BiVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 及Bi2 Ti4 O11 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 、Bi2 Ti4 O11 及TiO2 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及GdVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
根據另一態樣，提供一種射頻隔離器或循環器。該射頻隔離器或循環器包括：一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在不使用黏合劑或膠的情況下在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料包含BiVO4 與Al2 O3 之一組合。
在一些實施例中，該Al2 O3 以多至約6重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該低溫可燒製外材料進一步包含釩酸釔、釩酸釓或氧化鈦之一或多者。
在一些實施例中，該氧化鈦以多至10重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，釩酸釔、釩酸釓之一者或兩者與該低溫可燒製外材料中之該BiVO4 形成一固溶體。
在一些實施例中，該二氧化鈦作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該釩酸釓以多至50重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及BiVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 及Bi2 Ti4 O11 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 、BiVO4 、Bi2 Ti4 O11 及TiO2 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，Bi4 V2 O11 及GdVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
在一些實施例中，該射頻隔離器或循環器包含於一電子裝置模組中。
在一些實施例中，該射頻隔離器或循環器包含於一RF電子裝置中。
相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張2018年6月21日申請之標題為LOW FIRING TEMPERATURE DIELECTRIC MATERIALS DESIGNED TO BE CO-FIRED WITH HIGH BISMUTH GARNET FERRITES FOR MINIATURIZED ISOLATORS AND CIRCULATORS之美國臨時專利申請案第62/687,984號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
由圖1之流程圖繪示用於製造例如循環器或隔離器中使用之複合圓盤總成之一個程序。在步驟12，由一介電陶瓷材料形成一圓柱體。在步驟14，接著在一窯中燒製(未燒製或「生坯」)圓柱體(通常簡稱為「燒製」)。因此，陶瓷材料係「可燒製」的。在步驟16，接著機械加工圓柱體之外表面以確保其外直徑(OD)具有一選定尺寸。由於尺寸影響微波波導特性，所以達成總成元件之精確尺寸係重要的。在步驟18，類似地機械加工圓柱體之內表面以確保其內直徑(ID)具有一選定尺寸。另外，在步驟20，由一磁性陶瓷材料形成一桿。在步驟22，接著燒製桿，且在步驟24，將其表面機械加工至一選定OD。桿OD略小於圓柱體OD，使得桿可牢固地配裝在圓柱體內，如下文描述。達成促進桿與圓柱體之間的良好黏合之一緊密配合係將桿之外表面及圓柱體之內表面兩者依精確公差機械加工之一原因。習知地已分開執行步驟14及22，此係因為習知地用於介電圓柱體之陶瓷材料之燒製溫度高於磁性陶瓷材料可承受之溫度。
在步驟26，將環氧樹脂黏合劑施敷至桿及圓柱體之一者或兩者。在步驟28，將桿插入圓柱體內部以形成一桿與圓柱體總成，且容許環氧樹脂固化(硬化)，如由步驟30指示。在步驟32，再次將桿與圓柱體總成之外表面機械加工至一精確OD。最後，在步驟34，將桿與圓柱體總成切割為數個圓盤總成。因此，各圓盤總成包括同心地安置於一介電陶瓷環內之一磁性陶瓷圓盤。各圓盤總成之厚度通常係若干毫米。
機械加工圓柱體之內表面及磁性桿之外表面以促進黏合、將環氧樹脂施敷至部分、仔細處置且組裝含環氧樹脂部分及固化環氧樹脂所涉及之時間造成程序之低效。再者，在將圓柱體與桿總成切割為個別圓盤之期間產生之熱可使將此等部分固持在一起之環氧樹脂(或其他黏合劑)熔化，從而導致環氧樹脂從圓柱體與桿之間釋放且在圓柱體與桿之間形成非所要空隙且在所得圓盤之表面上形成環氧樹脂之非所要沈積。將期望提供用於製造複合磁性-介電圓盤總成之一更高效方法。
本文中揭示低溫燒製介電材料之實施例。此等材料可與高介電常數材料共燒以形成用於磁性-介電總成(諸如用於隔離器及循環器應用)之複合結構。有利地，所揭示材料之實施例可與磁性陶瓷元件共燒而無需任何黏合劑(諸如膠、環氧樹脂或其他化學黏合劑)來將介電材料附接至鐵磁陶瓷元件。因此，由本發明之實施例形成之複合物可為無膠、無環氧樹脂或無黏合劑的。
本發明之實施例可有利地容許5G系統(特定言之在3 GHz及更高下操作)形成可包含不同組件(諸如天線、循環器、放大器及/或基於半導體之放大器)之整合架構。藉由容許將此等組件整合至一單一基板中，此可改良裝置之整體微型化。在一些實施例中，所揭示裝置可在約1.8 GHz與約30 GHz之間的頻率下操作。在一些實施例中，所揭示裝置可在大於約1 GHz、2 GHz、3 GHz、4 GHz、5 GHz、10 GHz、15 GHz、20 GHz或25 GHz之頻率下操作。在一些實施例中，所揭示裝置可在小於約30 GHz、25 GHz、20 GHz、15 GHz、10 GHz、5 GHz、4 GHz、3 GHz或2 GHz之頻率下操作。
在一些實施例中，整合架構可包含具有不遠大於一標準隔離器之一封裝大小之一方向耦合器及/或隔離器。在一些實施例中，整合架構可包含一高功率開關。
圖2示意性地展示可如何處理一或多個化學元素(方塊1)、化學化合物(方塊2)、化學物質(方塊3)及/或化學混合物(方塊4)以產生具有本文中描述之一或多個特徵之一或多個材料(方塊5)。在一些實施例中，此等材料可形成為經組態以包含一所要介電性質(方塊7)及/或磁性性質(方塊8)之陶瓷材料(方塊6)。
在一些實施例中，具有前述性質之一或多者之一材料可經實施以在諸如射頻(RF)應用之應用(方塊10)中使用。此等應用可包含如本文中在裝置12中描述之一或多個特徵之實施方案。在一些應用中，此等裝置可進一步在產品11中實施。本文中描述此等裝置及/或產品之實例。微帶循環器 / 隔離器
循環器係可接收及傳輸不同信號(諸如具有微波或射頻(RF)頻帶中之頻率之信號)之被動多埠裝置。一循環器之埠可為連接至循環器及從循環器連接之一外部波導或傳輸線。隔離器類似於循環器，但可阻斷埠之一或多者。因此，由於循環器及隔離器在一般結構上可為類似的，所以其等可在本文中互換地使用。因此，下文之全部論述可應用至循環器及隔離器兩者。
微帶循環器及隔離器係此項技術中已知的裝置且由沈積於一基板(諸如一介電鐵氧體基板)上方之一薄膜電路構成。在一些實施例中，可將一或多個鐵氧體圓盤黏附至基板上。接著，可進一步附接(若干)磁體以使一信號循環通過鐵氧體圓盤。
特定言之針對雷達傳輸/接收(T/R)模組，亦已使用全鐵氧體微帶循環器。可將電路印刷至全鐵氧體微帶循環器上且可在頂部上添加一磁體以引導信號。例如，可將一金屬化圖案形成至一鐵氧體基板上。通常，金屬化圖案由一中心圓盤及多個傳輸線構成。
循環器通常可在一上共振操作區或一下共振操作區之任一者中操作。此在圖3中展示。在一些實施例中，上共振頻率對於窄頻、副4 GHz循環器可為有利的。針對較高頻率，下共振區可為更有利的。
特定言之，微帶循環器通常在下共振操作區中工作。其等使用一非常小磁體或可自偏壓(諸如在六邊形鐵氧體之情況中)。然而，特定言之針對此項技術中已知的全鐵氧體微帶循環器，方形瓦塊可為難以均勻磁化之一形狀。因此，其等將在低磁場損耗區附近操作。當將變壓器安裝於有損未磁化鐵氧體上時，效能受到影響。此外，增加功率將使不良效能變得甚至更明顯。因此，此項技術中已知的循環器經受歸因於鐵氧體瓦塊不良地磁化，從而導致不良插入損耗及交互調變失真(IMD)以及功率效能之問題。共燒微帶循環器 / 隔離器
本發明之實施例可改良整體磁化且減少當前已知微帶循環器可發生之效能問題。一般言之，可藉由將一鐵氧體圓盤(諸如由釔鐵石榴石(YIG)製成之氧化物鐵氧體圓盤)直接嵌入至一介電基板中而形成微帶循環器。接著，可使該組合共燒以形成一實心複合結構。另外，可添加例如由銀或其他金屬化物質形成之電路。在無共燒程序的情況下，將無法應用電路金屬化，此係歸因於圓盤與基板之間將用於結合該兩者(若其等分開燒製)且可在金屬化期間熔化之黏合劑的存在。本發明之實施例可減輕此項技術之一些顯著問題。
可使用任何數目個不同鐵氧體圓盤材料。在一些實施例中，鐵氧體圓盤材料之飽和磁化位凖之範圍可在1000高斯至5000高斯(或約1000高斯至約5000高斯)之間。
此外，可使用此項技術中已知的任何數目個不同介電基板。此外，介電質可由介電粉末或低溫共燒陶瓷(LTCC)帶形成。在一些實施例中，介電常數可為高於6、10、15、20、25、30、40、50或60。在一些實施例中，介電常數之範圍可為從6至30 (或約6至約30)。在一些實施例中，介電常數可為低於約60、50、40、30、25、20、15或10。
特定言之，為形成複合微帶循環器100，可將一磁性氧化物圓盤102或其他磁性圓盤插入至一介電基板104之一孔徑中，如圖4A至圖4B中展示。在一些實施例中，圓盤102可為一圓柱形桿，但特定形狀係非限制性的。圓盤102可為生坯、預先燒製或未預先燒製的。
此外，基板104通常可為如圖4A中展示之一直角稜柱，但亦可使用其他形狀，諸如圖4B中展示之圓柱體。下文更詳細揭示基板104之實施例。一旦圓盤102在基板104內部，便可使用如美國專利第7,687,014號中論述之此一方法使組件一起共燒，該案之全部內容以引用的方式併入本文中且在下文論述。下文進一步詳述之此共燒程序可導致基板104圍繞圓盤102收縮且將其固持在適當位置中。接著，可切割此複合結構100以形成如圖5A至圖5B中展示之晶片結構(圖5A展示直角稜柱切片且圖5B展示圓柱體切片)。然而，在一些實施例中，不執行切割且使組件以其等最終厚度一起共燒。在一些實施例中，可將複數個不同圓盤插入至一單一基板中之複數個不同孔徑中。
因此，在一些實施例中，一磁性氧化物圓盤可共燒為一方形或矩形介電基板或任何其他形狀基板，其可接著充當其他組件(諸如電路)之一平台。接著，例如，可磁化此複合結構以充當一微帶循環器及/或隔離器封裝，或鐵氧體圓盤可在插入之前已磁化。在一些實施例中，鐵氧體圓盤可在共燒步驟之前磁化。
一旦形成複合結構，便可將其他組件添加至基板上，諸如額外薄膜電路及類似物。因此，本發明之實施例可形成一整合解決方案，其可包含具有不遠大於一標準隔離器之一封裝大小之一方向耦合器及/或隔離器。在一些實施例中，所揭示循環器將不大於(且取決於所選擇之鐵氧體/介電組合，可小於)全部當前鐵氧體微帶循環器。
因此，在使用一共燒程序的情況下，可將一鐵氧體圓盤嵌入至一介電瓦塊中，如圖5A至圖5B中展示。圖中展示之薄鐵氧體圓盤可比一方形或此項技術中已知的其他奇怪形狀之工件顯著更易於均勻地磁化。在一些實施例中，介電瓦塊可為約25 mm方形，但特定尺寸係非限制性的。此可在3 GHz至4 GHz (或約3 GHz至約4 GHz)區中使用。
在使用介電瓦塊的情況下，接著可如圖6中展示般產生一變壓器。如展示，基板104為其他組件附接留有空間。在形成變壓器之後，可僅將一小磁體202放置於瓦塊上，如圖7中展示。因此，組裝時間可遠短於先前組裝時間。
除使用介電瓦塊作為阻抗變壓器之基板以外，其亦可用作耦合器、開關及終端之基板。因此，可在共燒之後將數個其他組件添加至基板上，從而減小裝置之總佔用面積。此外，可在裝置已共燒之後添加電路金屬化。用於環之低溫燒製介電材料
本發明之實施例對於具有一磁性材料之一共燒程序(諸如對於循環器/隔離器之形成)可為尤其有利的。特定言之，其等可為具有低燒製溫度之高介電磁性材料(例如，其等可在一低溫下燒製)。特定言之，可將磁性材料之一桿插入至由所揭示低溫燒製介電材料之實施例形成之一未燒製環中，諸如上文圖4A至圖4B中展示(104係環且102係桿)。接著，可使環與桿之組合一起共燒，使得環圍繞桿收縮。此等材料之兩者可為「可共燒」的，此意謂其等能夠在一烤爐/窯/其他加熱裝置中燒製或燒結。在一些實施例中，燒製可改變材料(諸如本文中論述之陶瓷材料)之一或多個性質。此等總成之實施例可用作射頻應用(諸如5G應用)之隔離器及/或循環器。
有利地，此共燒程序可在不使用黏合劑/環氧樹脂/膠的情況下執行，且因此可被視為一「無膠組裝」。歸因於燒製環之溫度相對於桿過高，此可導致熔化或至少顯著損害內部桿之性質，所以形成如本文中揭示之一介電/磁性總成之習知方法包含使可燒製環與可燒製桿分開燒製。可分開燒製兩個段或可首先燒製環接著使環/桿總成一起燒製。針對此等方法之各者，環不會圍繞桿充分地收縮且因此將需要一黏合劑來使環與桿保持彼此附接。
然而，黏合劑之使用具有數個缺點，且有利地，所揭示材料可在無需此黏合劑的情況下形成一複合結構，因為桿及環可一起共燒。例如，一旦存在黏合劑，金屬化總成便極其困難的(若並非不可能)。此係因為金屬化所需之溫度遠高於黏合劑之使用溫度，從而導致黏合劑熔化及/或損失黏合劑。
此外，膠係有損的，從而增加膠合組件之插入損耗。膠在高頻下之介電損耗大於磁性或介電材料之介電損耗。另外，在一些實施例中，空隙可在磁性及介電材料之間的膠層內形成，從而進一步增加插入損耗及/或減小磁性/介電組件之均勻性。
在一些實施例中，材料可具有小於10 (或小於約10)之一介電常數(ɛ’)。因此，本發明之實施例可用於5G下共振應用。避免模變且抵消亦在高頻下使用之較薄基板之阻抗效應可為有利的。因此，可針對高於20 GHz之頻率使用低於10 (或低於約10)之值。
此外，特定言之針對高頻(5G)應用，材料之實施例可具有適合於與高磁化尖晶石(例如，鎳鋅鐵氧體)共燒之低介電常數(＜10)，諸如美國專利公開案第2017/0098885號中揭示，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。材料之實施例可適合於與高鉍鐵氧體石榴石材料(例如，包含於購自Skyworks Solutions, Inc之TTHiE系列中之材料)共燒。
所揭示低溫燒製介電材料之實施例可具有可與高介電常數材料共燒之一白鎢或石榴石結構，諸如美國專利公開案第2018/0016155號中揭示，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。高介電常數磁性桿可為鉍取代高介電常數磁性石榴石。
特定言之，低溫燒製介電材料可係基於釩酸鉍，其具有化學式BiVO4 。具有高介電常數之富鉍鐵氧體石榴石(用於微型隔離器及循環器)具有低於1000°C之燒製溫度。此限制可用於形成共燒總成之介電材料之數目，因為介電材料應在低於富鉍鐵氧體石榴石之一溫度下燒製。釩酸鉍(BiVO4 )係可用作一介電材料以與富鉍鐵氧體石榴石形成共燒總成之一材料之一個實例。由於粉末處理之相對簡單、高介電常數(50至60)及藉由添加其他氧化物材料而調整性質之能力，釩酸鉍係此等實施方案之一有利材料。此包含可被添加來調節熱膨脹行為且防止介電質破裂以及降低複合材料之介電常數之氧化鋁。
在一些實施例中，可將氧化鋁添加至BiVO4 以調整材料之熱膨脹係數。亦可將氧化鈦及釩酸釔添加至BiVO4 以形成雙相混合物(氧化鋁及氧化鈦)或一白鎢固溶體。
在一些實施例中，可憑藉添加氧化鋁而減小BiVO4 之介電常數且修改熱膨脹係數。在一些實施例中，可藉由使用釩酸釔(Bi1-x Yx VO4 )或釩酸釓(Bi1-x Gdx VO4 )產生一固溶體而在不產生一第二相的情況下減小BiVO4 之介電常數且增加燒製溫度。在一些實施例中，可藉由添加氧化鈦作為一第二相而增加BiVO4 之介電常數。
本文中揭示之改性BiVO4 之實施例可具有低於900°C (特定言之650°C至800°C)之一燒結溫度(例如，燒製溫度)。在一些實施例中，材料可具有低於850°C之一燒結溫度。在一些實施例中，材料可具有低於900°C、850°C、800°C或750°C (或低於約900°C、約850°C、約800°C或約750°C)之一燒結溫度。在一些實施例中，材料可具有高於500°C、550°C、600°C、650°C或700°C (或高於約500°C、約550°C、約600°C、約650°C或約750°C)之一燒結溫度。
此外，材料之實施例可具有10與30 (或約10與約30)之間、20與80 (或約20與約80)之間或20與70 (或約20與約70)之間的一介電常數範圍。在一些實施例中，材料可具有高於10、15、20、25、30、40、50、60或70 (或高於約10、15、20、25、30、40、50、60或70)之一介電常數。在一些實施例中，材料可具有低於80、70、60、50、40、30、25、20、15或10 (或低於約80、70、60、50、40、30、25、20、15或10)之一介電常數。
在一些實施例中，可將黏結劑摻合至所揭示組合物中。例如，黏結劑可為單獨或組合的聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)。然而，黏結劑之類型並非限制性。例如，黏結劑可作為總組合物之2%位凖引入。5G 應用
所揭示複合微帶循環器之實施例對於第5代無線系統(5G)應用可為尤其有利的，但同樣亦可用於先前4G及3G應用。5G技術亦在本文中被稱為5G新無線電(NR)。5G網路可提供顯著高於當前4G系統之容量，此容許一區域中之更大數目個消費者。此可進一步改良上傳/下載限制及要求。特定言之，5G所需之大量循環器(諸如本文中描述之循環器) (通常每前端模組或FEM一個循環器)需要組件之進一步整合。循環器之所揭示實施例可容許此整合且因此可為尤其有利的。前端模組中之其他組件將係基於微帶或SMT的。
5G NR之初步規範支援各種特徵，諸如毫米波頻譜內之通信、波束成形能力、高頻譜效率波形、低延時通信、多無線電數字學及/或非正交多重存取(NOMA)。儘管此等RF功能性為網路提供靈活性且增強使用者資料速率，然支援此等特徵可帶來數個技術挑戰。
本文中之教示適用於多種通信系統，包含(但不限於)使用先進蜂巢式技術(諸如LTE-Advanced、LTE-Advanced Pro及/或5G NR)之通信系統。
圖8展示一RF傳輸系統之一簡化版本，從而省略驅動器及切換邏輯。如展示，系統可包含數個不同組件，包含一循環器。因此，本發明之實施例可用作RF系統中之循環器，用於新產生之系統或作為先前系統之改良替換。特定言之，本發明之實施例係關於使用一帶狀線循環器及其餘組件之微帶或帶狀線拓撲之混合解決方案。
圖9繪示整合至簡化RF天線結構上之上文論述之圖5A至圖5B之組件。如展示，基板可包含用於循環器之共燒鐵氧體/介電瓦塊。另外，亦可將一耦合器、開關及負載應用至鐵氧體外部之介電瓦塊。導體及接地平面可在一厚膜銀中。在一些實施例中，循環器子總成亦可與功率放大器(PA)及大雜訊放大器(LNA)模組整合。
本發明之實施例可具有優於此項技術中已知的循環器之優點。例如， •耦合器及其他傳輸線具有遠低於其他耦合器(諸如半導體耦合器)之插入損耗 •耦合更一致 •相較於軟基板，負載可更容易地消散熱 •循環器具有低於基於全鐵氧體基板之裝置之損耗 •介電質係溫度穩定的，從而輔助耦合器及循環器之效能 •可在需要的情況下藉由使用較高介電常數陶瓷介電質而減小裝置之大小
此外，陶瓷循環器之實施例可具有以下優點： •PA及負載之熱/功率消散/導熱性 •耦合器/濾波器設計之各向同性介電質(惟TTB除外) •介電常數範圍(4至100+)以減小大小 •低介電損耗(耦合器/濾波器) •嚴格介電常數公差(耦合器/濾波器/天線) •隨溫度之穩定介電常數(耦合器/濾波器/循環器) •適度成本
另一方面，軟基板(例如，軟板)可具有以下缺點： •歸因於塑膠導熱性之不良導熱性 •各向異性(xy對z方向) •限於僅約3至10之間的介電常數 •較高損耗 •較寬鬆公差 •隨溫度不穩定
因此，本發明之實施例可具有優於此項技術中先前已知的循環器之顯著優點。
圖10繪示所揭示微帶循環器可併入至其中之一多輸入多輸出(MIMO)系統之一實施例。隨著5G系統之大規模MIMO之出現，個別天線將替換為具有例如64個陣列元件之天線陣列。各元件可由包含圖8及圖9中展示之區塊之一單獨前端模組(FEM)餽送，其中形成於共燒瓦塊上之微帶循環器之實施例可為一整合組件。
圖11係一行動裝置800之一個實例之一示意圖。行動裝置800包含一基頻系統801、一收發器802、一前端系統803、天線804、一功率管理系統805、一記憶體806、一使用者介面807及一電池808且可與包含本文中揭示之微帶循環器之實施例之基地台互動。
行動裝置800可用於使用多種通信技術進行通信，包含(但不限於) 2G、3G、4G (包含LTE、LTE-Advanced及LTE-Advanced Pro)、5G NR、WLAN (例如，Wi-Fi)、WPAN (例如，藍芽及ZigBee)及/或GPS技術。
收發器802產生用於傳輸之RF信號且處理從天線804接收之傳入RF信號。將理解，可藉由在圖11中共同地表示為收發器802之一或多個組件達成與RF信號之傳輸及接收相關聯之各種功能性。在一個實例中，可提供單獨組件(例如，單獨電路或晶粒)以處置某些類型之RF信號。
在某些實施方案中，行動裝置800支援載波聚合，藉此提供靈活性以增加峰值資料速率。載波聚合可用於分頻雙工(FDD)及分時雙工(TDD)兩者，且可用於聚合複數個載波或頻道。載波聚合包含連續聚合，其中聚合相同操作頻帶內之連續載波。載波聚合亦可為不連續的，且可包含在一共同頻帶內或不同頻帶中之頻率上分離之載波。
天線804可包含用於多種類型之通信之天線。例如，天線804可包含傳輸及/或接收與多種頻率及通信標準相關聯之信號之天線。
在某些實施方案中，天線804支援MIMO通信及/或切換分集通信。例如，MIMO通信使用多個天線以透過一單一射頻頻道傳遞多個資料串流。歸因於無線電環境之空間多工差異，MIMO通信受益於較高信雜比、改良編碼及/或減少之信號干擾。切換分集係指其中在一特定時間選擇一特定天線進行操作之通信。例如，一開關可用於基於各種因素(諸如一觀察位元錯誤率及/或一信號強度指示符)從一天線群組選擇一特定天線。
圖12係根據一項實施例之一功率放大器系統840之一示意圖。所繪示功率放大器系統840包含一基頻處理器821、一傳輸器822、一功率放大器(PA) 823、一方向耦合器824、一帶通濾波器825、一天線826、一PA偏壓控制電路827及一PA供應控制電路828。所繪示傳輸器822包含一I/Q調變器837、一混頻器838及一類比轉數位轉換器(ADC) 839。在某些實施方案中，傳輸器822包含於一收發器中，使得提供傳輸及接收功能兩者。可將所揭示微帶循環器之實施例併入至功率放大器系統中。方法
本文中揭示用於製造一整合微帶組件之一程序之實施例。圖13揭示可使用之一程序300之一實施例。
在步驟302，可藉由用於製造一鐵氧體圓盤或圓柱體之此項技術中已知的任何適合習知程序由一磁性陶瓷材料形成此等元件，即，在高頻電子組件中使用之類型之磁性氧化物。類似地，在步驟304，可藉由任何適合習知程序由一介電材料形成一基板。在一些實施例中，可藉由在一窯中燒製鐵氧體圓盤而使其燒結。下文中，在此程序流程描述之後闡述材料及燒製溫度之一些實例。然而，熟習本發明所涉及之技術者理解，製造此類型之磁性陶瓷及介電陶瓷元件之材料及程序係此項技術中熟知的。因此，未詳盡地列出適合材料及溫度。用於製造此等桿、圓柱體及此類型之類似元件之全部此等適合材料及程序意欲在本發明之範疇內。
在步驟306，可將圓盤組合為具有孔徑之介電基板。例如，可機械加工圓盤之外表面以確保其具有小於基板孔徑之內直徑(ID)之一外直徑(OD)。在一些實施例中，OD略小於ID以使圓盤能夠插入至基板中。
在一些實施例中，可在一未燒製或「生坯」基板中接收預燒製圓盤以形成圖4A至圖4B中展示之複合總成100。
在步驟308，可使圓盤與基板共燒。即，燒製複合總成100。共燒溫度可低於圓盤燒製之溫度以確保圓盤之物理及電性質保持不變。共燒溫度可在此等組件習知燒製之熟知範圍內。重要地，共燒導致基板圍繞圓盤收縮，藉此將其等固定在一起。其後，可接著機械加工複合總成100之外表面以確保其具有一指定或以其他方式預定之OD。此外，若鐵氧體圓盤先前尚未磁化，則此步驟可用於金屬化及/或磁化複合總成100。
步驟310及312展示可在複合總成100之共燒之後採用之選用步驟。例如，可將額外組件添加310至基板(諸如電路)上以形成最終電子組件。此外，在一些實施例中，可切割312或以其他方式分割複合總成100以形成數個離散總成。在一些實施例中，可執行兩個此等選用步驟且特定順序係非限制性的。在一些實施例中，可僅採用選用步驟之一者。在一些實施例中，可不採用選用步驟之任一者。
因此，複合總成100可用於以相同於此類型之習知生產總成之方式製造高頻電子組件。然而，本發明之方法比習知方法更經濟，此係因為本發明不涉及黏合劑之使用。
圖14繪示如本文中論述之一循環器之一例示性實施例。可印刷厚膜銀作為電路。按照標準循環器應用，循環器包含埠1、埠2及埠3。可阻斷此等埠之一者以形成一隔離器。實例 1
執行測試以比較購自Skyworks Solutions, Inc.之高鉍鐵氧體石榴石材料TTHiE-1950之TCE與BiVO4 及在不同溫度下添加各種量之Al2 O3 之BiVO4 之TCE。此測試之結果在圖15中繪示，其中材料之TCE被稱為「α」。如可見，在添加至BiVO4 材料之Al2 O3 量增加至6重量%時，BiVO4 -Al2 O3 材料之TCE在接近800°C之溫度下接近於TTHiE-1950之TCE。不具有Al2 O3 之BiVO4 及具有少於6重量% Al2 O3 之BiVO4 -Al2 O3 之TCE在較高溫度下高於TTHiE-1950之TCE且不具有Al2 O3 之BiVO4 及具有全部測試組合物之BiVO4 -Al2 O3 之TCE在較低溫度下低於TTHiE-1950之TCE。不具有Al2 O3 之BiVO4 及BiVO4 -Al2 O3 樣本之各者展現隨溫度改變之TCE滯後，此係非預期的。實例 2
下文表1繪示觀察到之品質因數Q、品質頻率因數QF (Q x 頻率)、介電常數ɛ’以及BiVO4 之一樣本及包含不同重量百分比之氧化鋁(Al2 O3 )之BiVO4 樣本之理論密度：表 1
Figure 108121419-A0304-0001
如可見，相較於純BiVO4 ，Al2 O3 之添加增加材料之介電常數。實例 3
具有各種量之添加Al2 O3 、TiO2 及GdVO4 之BiVO4 之樣本經製備且藉由X射線繞射分析以判定不同樣本中存在之相。測試樣本中存在之所觀察相製表成下文表2：表 2 ：
Figure 108121419-A0304-0002
從前述描述將瞭解，揭示複合微帶循環器/隔離器之發明產品及方法。雖然已以一特定詳細程度描述若干組件、技術及態樣，但顯然地，可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下在本文中於上文描述之特定設計、構造及方法中做出許多改變。
在本發明中在單獨實施方案之內容脈絡中描述之某些特徵亦可在一單一實施方案中組合地實施。相反地，在一單一實施方案之內容脈絡中描述之各種特徵亦可在多個實施方案中單獨實施或以任何適合子組合實施。再者，儘管在上文可將特徵描述為以特定組合起作用，然在一些情況中，來自一所主張組合之一或多個特徵可從該組合去除，且該組合可被主張為任何子組合或任何子組合之變動。
再者，雖然可以一特定順序在圖式中描繪或在說明書中描述方法，但此等方法無需以所展示之特定順序或以循序順序執行，且無需執行全部方法來達成所要結果。可將未描繪或描述之其他方法併入例示性方法及程序中。例如，可在所描述方法之任一者之前、之後、同時或之間執行一或多個額外方法。此外，在其他實施方案中，方法可經重新配置或重新排序。而且，上文描述之實施方案中之各種系統組件之分離不應被理解為在全部實施方案中皆需要此分離，且應理解，所描述組件及系統通常可一起整合於一單一產品中或封裝至多個產品中。另外，其他實施方案係在本發明之範疇內。
除非另外明確規定或另外在如所使用之內容脈絡內理解，否則條件用語(諸如「可」、「可以」、「會」或「可能」)通常意欲傳達某些實施例包含或不包含某些特徵、元件及/或步驟。因此，此條件用語通常不意欲暗示一或多項實施例以任何方式需要特徵、元件及/或步驟。
除非另外明確規定，否則諸如片語「X、Y及Z之至少一者」之連結用語另外在如所使用之內容脈絡內通常被理解為傳達一項目、術語等可為X、Y或Z。因此，此連結用語通常不意欲暗示某些實施例需要X之至少一者、Y之至少一者及Z之至少一者之存在。
本文中使用之程度用語(諸如如本文中使用之術語「近似」、「約」、「大體上」及「實質上」)表示接近於陳述值、量或特性之一值、量或特性，其仍執行一所要功能或達成一所要結果。例如，術語「近似」、「約」、「大體上」及「實質上」可指在小於或等於陳述量之10%內、小於或等於5%內、小於或等於1%內、小於或等於0.1%內及小於或等於0.01%內之一量。若陳述量係0 (例如，無、不具有)，則上述範圍可為特定範圍且並非在值之一特定%內。例如，在陳述量之小於或等於10重量/體積%內、在小於或等於5重量/體積%內、在小於或等於1重量/體積%內、在小於或等於0.1重量/體積%內、及在小於或等於0.01重量/體積%內。
已結合隨附圖式描述一些實施例。圖式未按比例繪製，但此比例不應為限制性的，因為除所展示以外之尺寸及比例係預期的且在本發明之範圍內。距離、角度等僅係闡釋性的且未必與所繪示裝置之實際尺寸及佈局具有一確切關係。可添加、移除及/或重新配置組件。此外，本文中結合各種實施例揭示之任何特定特徵、態樣、方法、性質、特性、品質、屬性、元素或類似物可在本文中闡述之全部其他實施例中使用。另外，將認知，可使用適合於執行所陳述步驟之任何裝置實踐本文中描述之任何方法。
雖然已詳細描述數項實施例及其等之變動，但熟習此項技術者將明白其他修改及其等之使用方法。因此，應理解，在不脫離本文中之獨特及發明揭示內容或發明申請專利範圍之範疇的情況下，各種應用、修改、材料及替換可由等效物組成。
1‧‧‧化學元素(方塊) 2‧‧‧化學化合物(方塊) 3‧‧‧化學物質(方塊) 4‧‧‧化學混合物(方塊) 5‧‧‧材料(方塊) 6‧‧‧陶瓷材料(方塊) 7‧‧‧介電性質(方塊) 8‧‧‧磁性性質(方塊) 10‧‧‧應用(方塊) 11‧‧‧產品 12‧‧‧步驟/裝置 14‧‧‧步驟 16‧‧‧步驟 18‧‧‧步驟 20‧‧‧步驟 22‧‧‧步驟 24‧‧‧步驟 26‧‧‧步驟 28‧‧‧步驟 30‧‧‧步驟 32‧‧‧步驟 34‧‧‧步驟 100‧‧‧複合微帶循環器/複合結構/複合總成 102‧‧‧磁性氧化物圓盤 104‧‧‧介電基板 300‧‧‧程序 302‧‧‧步驟 304‧‧‧步驟 306‧‧‧步驟 308‧‧‧步驟 310‧‧‧步驟/添加 312‧‧‧步驟/切割 800‧‧‧行動裝置 801‧‧‧基頻系統 802‧‧‧收發器 803‧‧‧前端系統 804‧‧‧天線 805‧‧‧功率管理系統 806‧‧‧記憶體 807‧‧‧使用者介面 808‧‧‧電池 821‧‧‧基頻處理器 822‧‧‧傳輸器 823‧‧‧功率放大器(PA) 824‧‧‧方向耦合器 825‧‧‧帶通濾波器 826‧‧‧天線 827‧‧‧功率放大器(PA)偏壓控制電路 828‧‧‧功率放大器(PA)供應控制電路 837‧‧‧I/Q調變器 838‧‧‧混頻器 839‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC) 840‧‧‧功率放大器系統
圖1繪示用於製造複合磁性-介電圓盤總成之一方法之一流程圖； 圖2示意性地展示可如何設計、製造及使用具有本文中描述之一或多個特徵之材料； 圖3繪示一磁場對損耗圖表； 圖4A至圖4B繪示具有一直角稜柱或圓柱形基板內之一鐵氧體圓柱體之一複合結構之一實施例； 圖5A至圖5B繪示具有一方形或圓形形狀之一複合瓦塊(tile)之一實施例； 圖6繪示不具有一磁體之一整合微帶循環器； 圖7繪示具有一磁體之一整合微帶循環器； 圖8繪示一天線系統之一示意圖； 圖9繪示具有一整合微帶循環器之一實施例之一天線系統之一示意圖； 圖10繪示併入本發明之實施例之一多輸入多輸出(MIMO)系統； 圖11係一行動裝置之一個實例之一示意圖； 圖12係根據一項實施例之一功率放大器系統之一示意圖； 圖13繪示形成一複合整合微帶循環器之一方法； 圖14繪示一整合微帶循環器之一實施例；及 圖15繪示本文中揭示之材料樣本之熱膨脹係數(TCE)之測試結果。
100‧‧‧複合微帶循環器/複合結構/複合總成
102‧‧‧磁性氧化物圓盤
104‧‧‧介電基板

Claims (22)

  1. 一種用作一射頻組件之複合材料，其包括： 一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及 一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒以在不使用黏合劑或膠的情況下形成一整合磁性/介電總成。
  2. 如請求項1之複合材料，其中該低溫可燒製外材料包含BiVO4 。
  3. 如請求項1之複合材料，其中該高介電內材料塑形為一圓盤且該低溫可燒製外材料塑形為一環。
  4. 如請求項1之複合材料，其中該低溫可燒製外材料包含BiVO4 與Al2 O3 之一組合。
  5. 如請求項4之複合材料，其中該低溫可燒製外材料具有20與80之間的一介電常數。
  6. 如請求項4之複合材料，其中該Al2 O3 以多至約6重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
  7. 如請求項4之複合材料，其中Bi4 V2 O11 作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
  8. 如請求項4之複合材料，其中該低溫可燒製外材料進一步包含釩酸釔、釩酸釓或氧化鈦之一或多者。
  9. 如請求項8之複合材料，其中該氧化鈦以多至10重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
  10. 如請求項8之複合材料，其中釩酸釔、釩酸釓之一者或兩者與該低溫可燒製外材料中之該BiVO4 形成一固溶體。
  11. 如請求項8之複合材料，其中該二氧化鈦作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中。
  12. 如請求項8之複合材料，其中該釩酸釓以多至50重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中。
  13. 如請求項8之複合材料，其中Bi4 V2 O11 及BiVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
  14. 如請求項13之複合材料，其中Bi4 V2 O11 、BiVO4 及Bi2 Ti4 O11 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
  15. 如請求項14之複合材料，其中Bi4 V2 O11 、BiVO4 、Bi2 Ti4 O11 及TiO2 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
  16. 如請求項8之複合材料，其中Bi4 V2 O11 及GdVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
  17. 一種形成用作一射頻裝置中之一隔離器或循環器之一複合材料之方法，該方法包括： 提供一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構； 使一高介電內材料進入該低溫可燒製外材料中之一孔徑內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數；及 使該低溫可燒製外材料及該高介電內材料在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒以使該低溫可燒製外材料圍繞該高介電內材料之一外表面收縮以在不使用黏合劑或膠的情況下形成一整合磁性/介電總成。
  18. 如請求項17之方法，其中以下項之一者：該低溫可燒製外材料包含BiVO4 ；該低溫可燒製外材料包含BiVO4 與Al2 O3 之一組合；該Al2 O3 以多至約6重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中；Bi4 V2 O11 作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中；該低溫可燒製外材料進一步包含釩酸釔、釩酸釓或氧化鈦之一或多者；該氧化鈦以多至10重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中；釩酸釔、釩酸釓之一者或兩者與該低溫可燒製外材料中之該BiVO4 形成一固溶體；該二氧化鈦作為與該BiVO4 分離之一相存在於該低溫可燒製外材料中；該釩酸釓以多至50重量%之一量存在於該低溫可燒製外材料中；Bi4 V2 O11 及BiVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中；Bi4 V2 O11 、BiVO4 及Bi2 Ti4 O11 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中；Bi4 V2 O11 、BiVO4 、Bi2 Ti4 O11 及TiO2 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中；或Bi4 V2 O11 及GdVO4 作為分離相存在於該低溫可燒製外材料中。
  19. 一種射頻隔離器或循環器，其包括： 一低溫可燒製外材料，該低溫可燒製外材料具有一石榴石或白鎢結構；及 一高介電內材料，其定位於該外材料內，該高介電內材料具有高於30之一介電常數，該低溫可燒製外材料及該高介電內材料經組態以在不使用黏合劑或膠的情況下在650°C至900°C之間的溫度下一起共燒。
  20. 如請求項19之射頻隔離器或循環器，其中該低溫可燒製外材料具有如請求項2、4或6至16中任一項之組合物。
  21. 如請求項19之射頻隔離器或循環器，其包含於一電子裝置模組中。
  22. 如請求項19之射頻隔離器或循環器，其包含於一RF電子裝置中。
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